Các hệ thống yếm khí ứng dụng khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện khơng cĩ oxy. Q trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hĩa chúng bằng phương trình sau đây:
Loại Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của cơng trình
Bùn hoạt tính
Loại bể phản ứng
Thời gian lưu của nước thải trong bể phản ứng Chế độ nạp nước thải và các chất hữu cơ Hiệu suất sục khí
Thời gian lưu trữ VSV trong bể phản ứng Tỉ lệ thức ăn/vi sinh vật (F/M)
Tỉ lệ bùn bơm hồn lưu về bể phản ứng Các chất dinh dưỡng
Các yếu tố mơi trường (nhiệt độ, pH)
Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Loại nguyên liệu làm giá bám và chiều cao của cột nguyên liệu này
Chế độ nạp nước thải và các chất hữu cơ Hiệu suất thơng khí
Tỉ lệ hồn lưu
Cách sắp xếp các cột lọc
Cách phân phối lưu lượng nước
Đĩa quay sinh học
Số bể, đĩa
Chế độ nạp nước thải và các chất hữu cơ Bộ phận truyền động
Lên men yếm khí
Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S
Q trình phân hủy yếm khí được chia thành 3 giai đoạn chính như sau: 1. Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử.
2. Tạo nên các axít. 3. Tạo methane.
Các nhân tố mơi trường ảnh hưởng đến q trình lên men yếm khí
Q trình lên men yếm khí cĩ thể được khởi động một cách nhanh chĩng nếu như chất thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa vi khuẩn đang hoạt động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 5 - 10%, 90 - 95% cịn lại là nước.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ:
Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Thơng thường biên độ nhiệt sau đây được chú ý đến trong quá trình xử lý yếm khí:
+ 25 - 40oC: Đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm. + 50 - 65oC: Nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt.
Nĩi chung khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40 - 45oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này khơng thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và q trình sinh khí bị kềm hãm hồn tồn ở 65oC trở lên.
Ở các nước vùng ơn đới nhiệt độ mơi trường thấp; do đĩ tốc độ sinh khí chậm và ở nhiệt độ dưới 10oC thể tích khí sản xuất được giảm mạnh. Để cải thiện tốc độ sinh khí người ta cĩ thể dùng Biogas đun nĩng nguyên liệu nạp, hoặc đun nước nĩng để trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lịng hầm ủ. Ngồi ra người ta cịn dùng các tấm nhựa trong để bao hầm ủ lại, nhiệt độ bên trong tấm nhựa trong sẽ cao hơn nhiệt độ mơi trường từ 5 - 10oC, hoặc thiết kế cho phần trên hầm ủ chứa nước và lượng nước này được đun nĩng lên bằng bức xạ mặt trời, hoặc tạo lớp cách nhiệt với mơi trường bằng cách phủ phân compost hoặc lá cây lên hầm ủ.
+ Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity):
pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 - 7,6 tối ưu trong khoảng 7 - 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo acid cĩ thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH đĩ. pH của hầm ủ cĩ khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết các acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy định. Ngồi ra người ta cĩ thể dùng vơi để trung hịa pH của hầm ủ. Alkalinity của hầm ủ nên được giữ ở khoảng 1.000 - 5.000 mg/L để tạo khả năng đệm tốt cho nguyên liệu nạp.
+ Ảnh hưởng của độ mặn: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. TTNLM đã tìm hiểu khả năng sinh Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho thấy vi khuẩn tham gia trong q trình sinh khí methane cĩ khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí khơng bị giảm đáng kể. Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm khí tại các vùng nước lợ trong mùa khơ khơng gặp trở ngại nhiều (Lê Hồng Việt, 1988).
+ Các chất dinh dưỡng:
Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt được tỉ số C/N từ 25/1 - 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng đạm từ 25 - 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá trình sinh khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định.
+ Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp:
Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp cĩ thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau: + Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3/ngày hay VS/m3/ngày + Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRT
Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 khơng sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane.
+ Ảnh hưởng của các chất khống trong nguyên liệu nạp:
Các chất khống trong nguyên liệu nạp cĩ tác động tích cực hoặc tiêu cực đến q trình sinh khí methane. Ví dụ ở nồng độ thấp Nikel làm tăng q trình sinh khí.
Các chất khĩang này cịn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng. Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự cĩ mặt một nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của một nguyên tố do sự cĩ mặt của một nguyên tố khác.
+ Khuấy trộn:
Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh q trình sinh khí. Nĩ cịn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy hầm và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ.
CHƯƠNG III